JP2005079560A - 薄膜トランジスタ,表示装置、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
従来の有機薄膜トランジスタでは、絶縁膜表面に自己組織化単分子膜を配置して有機半導体膜全体の配向秩序を向上して、オン電流を増加してスイッチング性能を向上させた。一方、光リーク電流が増加して、光照射される環境下で薄膜トランジスタを利用する、液晶表示装置用アクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板などに適用した場合、光リーク電流に起因したスイッチング動作不良が生じ、表示不良を起こす問題があった。
【解決手段】
自己組織化単分子膜を絶縁膜表面のゲート電極投影領域に選択的に且つ高精細に配置させ、有機半導体膜の配向秩序を、ゲート電極投影領域外の光照射部分では向上せず、ゲート電極投影領域内のみ選択的に向上する。
【選択図】図1
Description
250〜300℃と高く、クリーニング等の保守に時間を要するため、スループットが低い。一方、有機TFTの製造に用いる真空蒸着装置,塗布装置はCVD装置やスパッタ装置と較べて安価であり、膜形成温度が低く、保守が簡単である。このため、アクティブマトリクス液晶表示装置に有機TFTを適用できれば、コストの大幅な削減が期待できる。
Electron. Devices, 44, pp.1325-1331(1997).に記載されるように、シリコン熱酸化膜からなる絶縁膜表面をOTSで被覆すると、ペンタセン半導体低分子を真空蒸着法で堆積した有機半導体膜の配向秩序が向上し、配向秩序が高い領域である結晶粒径がOTS被覆しない場合より増大して、TFTのスイッチング性能が向上することが報告されている。また、H. Sirringhaus他、SCIENCE Vol.280, pp.1741-1743(1998).に記載されるように、絶縁膜表面を予めヘキサメチルジシラザンからなるSAMで被覆してから、その上にP3HTを塗布形成した有機半導体膜した電界効果移動度が0.01〜0.1cm2/Vsまで向上することが知られている。
(AFM)を用いて有機半導体膜5の表面形状を測定した結果、有機半導体膜5の結晶粒径は、自己組織化単分子膜4の上に形成された部分5−1が約2〜3μmであり、自己組織化単分子膜4がない絶縁膜表面に直接形成され部分5−2の約0.5μm より大きいことがわかった。結晶粒内では有機分子が規則配向しており、これが大きい5−1の部分が5−2の部分より配向秩序が高いことがわかった。また、X線回折を測定すると、5−1部分ではいわゆる薄膜結晶相のピークが大きく生じるのに対して、5−2部分では結晶ピークが生じても小さく、配向秩序がさらに低く非晶質の場合は結晶ピークが現れない。これからも自己組織化単分子膜4があるゲート電極投影領域内の有機半導体膜部分5−1の方が、自己組織化単分子膜4がないゲート電極投影領域外の有機半導体膜部分5−2よりも配向秩序が高いことがわかった。
SAM4が積層された基板1の上にポジ型フォトレジスト22を塗布して、基板に良く位置合せされたフォトマスク23を介して紫外光を照射して、フォトレジスト22を露光する(図4(a))。この際、ゲート電極投影領域内を遮光して、ゲート電極投影領域外の有機半導体膜が形成される部分を透光する、Cr等からなる金属膜パターンが表面に形成された石英基板からなるフォトマスクを用いる。これを現像,焼成して、ゲート電極投影領域内に配置され、ゲート電極投影領域外の有機半導体膜形成部分には配置されないフォトレジストパターンを形成する(図4(b))。このフォトレジストパターンをマスクにして、酸素プラズマ処理で自己組織化単分子膜4をエッチング除去した後、フォトレジストを除去することで、SAM4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された基板が得られる。
22をマスクにしてSAM4をエッチング除去してからフォトレジスト22を除去すれば、SAM4が絶縁膜3表面のゲート電極投影領域に選択的に形成された基板が得られる。
化合物1は下記の(i)〜(iii)の反応により合成される。
デュポン社製クライトックス157FS−L(平均分子量2500)(50重量部)を3M社製PF−5080(100重量部)に溶解し、これに水素化リチウムアルミニウム(2重量部)を加え、48時間80℃で加熱・攪拌する。反応液を氷水に注ぎ、下層を分取して1%塩酸で洗った後、洗浄液の液性が中性になるまで水洗する。ろ紙でろ過することで洗浄後の液中の水分を除いた後、PF−5080をエバポレーターで揮発させクライトックス157FS−Lの末端がCH2OHに変換された化合物3(45重量部)を得る。
化合物3(45重量部)を3M社製HFE−7200(100重量部)に溶解し、これにリアクティブ・イエロー3(別名プロシオン・イエローHA)(12重量部),エタノール(100重量部),炭酸ナトリウム(2重量部)を加え、30時間還流する。なおリアクティブ・イエロー3の構造を下記に示す。
HFE−7200をエバポレーターで揮発させ化合物28にリアクティブ・イエロー3が結合した化合物4(45重量部)を得る。
化合物4(45重量部)をHFE−7200(100重量部)に溶解後、0℃前後に冷却時、チッソ(株)製サイラエースS330(10重量部)、N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド(10重量部),ジクロルメタン(20重量部)を加え、3時間攪拌する。更に反応液を常温に戻し、30時間攪拌する。反応液を静置後、反応液がおおよそ2層に分かれたら下層を分取する。なお上層と下層の間に濁りを生じるがこれは下層に加えない。下層をジクロルメタン(20重量部)で数回洗った後、ろ紙でろ過する。この後液中の溶媒(HFE−7200)をエバポレーターで揮発させ目的の化合物1(40重量部)を得た。
リアクティブ・イエロー3(12重量部)の代わりにミカシオン・ブリリアント・ブルーRS(7重量部)を用いる以外は化合物1の合成と同様にして化合物2(40重量部)を得た。
nmの波長範囲のいずれかの波長を透過すれば良い。従って、絶縁膜3には、無機材料としては、酸化シリコン(SiO2)以外に、酸化タンタル(Ta2O5),酸化ジルコニウム(ZrO2),酸化ランタン(La2O3)からなる膜厚300nmの薄膜を、プラズマ化学気相成長法またはゾルゲル法で形成したものを用いても良い。また、有機材料としては、ポリビニルフェノール(PVP),ポリメチルメタクリレート(PMMA)のスピンコート膜を用いても良い。基板1には、コーニング1737等の一般的なガラス基板、各種プラスチック基板が使用できる。
Au,Ag,Pd,Pt,Cu,Ni、等を主成分とする直径約10nm以下の金属超微粒子または金属錯体が、水,トルエン,キシレン等の溶媒に分散した溶液を使用できる。また、透明電極材料のITO(インジウム錫酸化物)形成には、In(O−i−C3H7)3とSn(O−i−C3H7)3等の金属アルコキシドが水,アルコール溶媒に分散した溶液が使用できる。また、これ以外の透明電極材料として、導電性高分子であるPSS(ポリスチレンスルホン酸)をドープしたPEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン),ポリアニリン(PAn),ポリピロール(PPy)等の水溶液が使用できる。何れの材料でも、絶縁膜3表面のSAM4で被覆されたゲート電極投影領域近傍に塗布後、約80〜500℃の適性温度で真空中または大気中で焼成すると、膜厚約100nmの図に示すようなドレイン/ソース電極6,7が形成できた。これ以外の製法は、実施例1と同じであり説明を省略する。本実施例では、絶縁膜3表面のゲート電極投影領域内に選択的に配置されたSAM4は、同領域上に形成された有機半導体膜5−1の配向秩序のみを選択的に向上して、光リーク電流を増加することなく暗状態でのスイッチング性能を向上する作用だけでなく、ドレイン/ソース電極6,7がゲート電極に対して自己整合的に配置させる作用がある。すなわち、SAM4の撥液作用で導電性インクがゲート電極投影領域内に浸透せず、ゲート電極と端部が整合したドレイン/ソース電極が形成される。一般的に塗布プロセスで形成した電極はパターンおよび位置精度が低いために、両電極間が短絡しないように電極を形成した場合の電極間隔、チャネル長は約30μm程度と大きく、十分な電流が得られなかった。これに対して、本実施例では、チャネル長はゲート電極投影領域内に配置されたSAM4の幅、すなわちゲート電極2の幅で決まる。従って、位置精度が高いフォトリソグラフィー法でゲート電極を形成すれば、3μm幅程度のゲート電極幅すなわちチャネル長のドレイン/ソース電極6,7が塗布プロセスで形成できる。
14には信号回路17が、TAB(Tape Automated Bonding)法またはCOG(Chip on Glass)法によって接続され、さらに両回路はコントロール回路18に接続される。捩れネマチック(TN)液晶が配向膜に挟持された液晶素子19がアクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板15の各画素電極と対向電極20の間に挟持される。冷陰極管と導光体からなるバックライト21はアクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板15の背部に配置される。本実施例の液晶表示装置は以下のように動作する。ゲート走査回路16から出力される走査電圧が印加されたゲート配線/電極に接続された薄膜トランジスタが動作して、この薄膜トランジスタに接続された画素電極に、走査電圧と同期して信号回路17から供給される信号電圧が加わり、液晶素子がいわゆる線順次駆動されて、各画素のバックライト光透過率が変化して表示装置が動作する。本実施例では、縦電界方式の液晶表示装置の基板構成が示されているが、横電界方式の液晶表示装置の場合は、周知のように対向電極20が薄膜トランジスタ基板内に構成されるため、本図と異なるが、基本的には同様に適用できる。この表示装置は携帯電話,フラットテレビ,ノートPC等のフラットディスプレイに適用できる。
Claims (12)
- 基板上に積層された、ゲート電極,ゲート絶縁膜,ソース電極,ドレイン電極,半導体膜,保護膜から構成される薄膜トランジスタにおいて、半導体膜が有機半導体分子の集合体で構成されており、絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された前記半導体膜部分の有機半導体分子の配向秩序が、前記領域外に形成された半導体膜部分の配向秩序よりも高いことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 請求項1において、絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された半導体膜と絶縁膜の界面には自己組織化単分子膜が介在し、前記領域外に形成された半導体膜と絶縁膜の界面には自己組織化単分子膜が介在しないことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 請求項1〜2において、ドレイン/ソース電極が、超微粒子,錯体、または高分子の形態を取り、溶媒中に分散して液体材料を構成できる金属,金属酸化物、または導電性高分子から構成され、ゲート電極に対してドレイン/ソース電極が自己整合的に配置されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 請求項1〜3において、絶縁膜としてゲート電極の陽極酸化膜が用いられ、ゲート電極幅よりもドレイン/ソース電極間隔の方が狭いことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 請求項1〜3において、自己組織化単分子膜として、一部がフッ素または水素で終端された炭素鎖を含む単分子膜を用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 請求項1〜3の薄膜トランジスタの製造方法として、絶縁膜表面に形成した自己組織化単分子膜に、フォトマスクを介して基板表面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から自己組織化単分子膜を除去することを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項1〜3の薄膜トランジスタの製造方法として、絶縁膜表面に形成した自己組織化単分子膜に、ゲート電極をフォトマスクとして基板裏面から光照射して、ゲート電極投影領域外の半導体膜が形成される領域から自己組織化単分子膜を除去することを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項1〜3の薄膜トランジスタの製造方法として、絶縁膜表面のゲート電極投影領域とそれ以外の領域の段差を利用して、平滑基板に塗布した自己組織化単分子膜を前記絶縁膜表面に押し付けて、前記ゲート電極投影領域のみに選択的に自己組織化単分子膜を転写する、薄膜トランジスタの製造方法。
- 絶縁膜表面のゲート電極投影領域内に形成された自己組織化単分子膜の近傍に金属超微粒子,金属錯体、または導電性高分子を少なくとも一つ含んだ液体材料である導電性インクを塗布/焼成してソース/ドレイン電極を形成し、その上に半導体膜および保護膜を順次積層することを特徴とする、請求項2〜5の薄膜トランジスタの製造方法。
- 基板,絶縁膜を透過し、半導体膜が吸収する波長の光を基板裏面から照射して、絶縁膜表面のゲート電極投影領域外に形成された半導体膜の配向秩序を低下する、請求項1の薄膜トランジスタの製造方法。
- 複数のゲート配線,絶縁膜、前記ゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線,保護膜,画素電極を有し、前記複数のゲート配線と信号配線の交差部に請求項1〜3の薄膜トランジスタが配置され、前記ゲート配線とゲート電極が接続され、前記信号配線とドレイン電極が接続され、前記画素電極とソース電極が接続された、アクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板。
- 請求項7のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板を用い、液晶素子を表示素子に用いたことを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示装置。
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